随着计算机和数字媒体技术的飞速发展,越来越多的视觉艺术作品以数字化方式进行创作、保存和传播,成为人们这个时代不可缺少的精神财富。然而,传统视觉艺术作品的审美评估只能依靠艺术家或者鉴赏专家来进行定性描述,其结果因他们的个人知识经验不同而具有较大的主观不确定性。并且,全靠人工来评估日益激增的艺术作品也不现实。因此计算美学应运而生,即利用计算机模型辅助量化评估视觉艺术作品,这些模型在高级图像检索、图像美感评估修正、艺术作品风格鉴定等领域有广泛应用前景。此外,一些艺术图形,无论是造型简单的图标,还是结构复杂的民族艺术图案,它们的构成必须遵循审美准则。如能用计算机分析它们的美学特征并且高效地生成艺术图案,则可以量化揭示艺术图案的美学规律,对现代图案设计以及民族艺术图案的数字化保护有重要意义。然而,上述工作属于计算机科学、认知科学、心理学、美学、艺术等学科的交叉性研究,具有较大的挑战性。本文我们首先选取图形图像领域两种类型的数字艺术作品,图标和水墨画,研究其相应的审美变量构造以及审美量化评估方法。然后,我们选取佛教艺术中的唐卡曼陀罗图案,研究其内坛城元素的参数化模型和计算机生成方法。本文的主要研究内容和贡献如下:1.提出了图标计算审美评估模型。首先构造一些特征变量来量化计算图标设计准则中的平衡、对比、和谐,将这三个常用设计准则转换为数学表达。另外对图标数据集依次在平衡、对比、和谐以及美感感知上进行人工打分。然后将人工评估分数对计算的特征变量分别回归得到三种设计准则对应的统计线性回归模型。最后将人工评估的美感分数对模型评估的平衡、对比以及和谐分数进行回归从而得到美感模型。实验结果表明我们的回归模型可以预测人类对平衡、对比、和谐、美感感知的判断并具有0.851到0.964的显著相关。2.提出了一种水墨画计算审美评估框架。首先提取水墨画中颜色、纹理和构图相关的一些特征变量,得到它们的数学表达。另外对水墨画数据集依次在颜色、纹理、构图和美感感知上进行人工打分。然后将人工评估分数对计算的特征变量分别回归得到三种审美属性对应的支持向量回归模型。最后将人工评估的美感分数对模型评估的颜色、纹理以及构图分数进行回归从而得到美感模型。实验结果表明我们的颜色、纹理、构图和美感感知模型预测结果与人工评估结果在相同的维度上可以达到0.822到0.904的显著相关。3.提出了一种计算机辅助生成唐卡曼陀罗图案的方法。首先选取藏传佛教内坛城图案中星形、半月形和莲花形三种类型元素并根据其几何特征构造参数化模型。然后根据手绘唐卡曼陀罗中使用的美学比例特征和层次结构将这些元素逐层排列生成多样的内坛城图案。实验结果表明我们的方法可以高效地生成多样彩色唐卡曼陀罗图案。在理论层面上,我们的工作将计算美学研究扩展到图标以及水墨画两类新的对象上。在应用层面上,本文提出的曼陀罗图案绘制系统可以高效地再现已有唐卡曼陀罗图案,也可以设计生成新的同心圆结构图案。其潜在应用领域包括图形设计、广告设计、装潢设计、商业展台设计、数字娱乐等。